In der verfassten Arbeit stellt sich die Frage, ob bis 2050 die Festkörperbatterie in Deutschland mindestens den gleichen Marktrang wie die Lithium-Ionen-Batterie im Jahr 2012 bis 2017 erreichen kann.
Erneuerbare Energien beschäftigen uns seit Kurzem sehr stark. Sehr oft hört man von Messen, wobei über neue Methoden zur Erhaltung der regenerativen Energien diskutiert wird. Es sind gute Ansätze dabei, jedoch enden die meisten Vorträge über neue Eco-Technologien mit einem großen Problem: Die Speicherkapazitäten reichen nicht aus. Die in der nächtlichen Zeit produzierte Energie kann aufgrund des niedrigen Energiebedarfs nicht genutzt werden. Ein Transport der Energie in Gebiete mit höherem Strombedarf ist nicht effizient, genauso wie die heutige Energiespeicherung, wie z.B. Pumpspeicherkraftwerke, die höchstens einen Wirkungsgrad von 70% erreichen. Darunter leidet die E-Mobilität, Windkraft, Solarenergie etc. Wenn die Bevölkerung demnächst auf ein E-Auto umsteigen und ihre Häuser unabhängig von dem öffentlichen Stromnetz machen will, wären die elektrochemischen Speichersysteme die beste Lösung: In diesem Fall hat unterbrechungsfreie Stromversorgung und Tageslastausgleich die größte Bedeutung und die Akkumulatoren eignen sich verhältnismäßig zu anderen Energiespeichern am besten. Laut den meisten Experten im Bereich erneuerbare Energien ist ein E-Auto eines der besten Wege, die Stromüberschusszeiten z.B. in der Nacht mit dem Laden der elektrisch betriebenen Pkws, zu überbrücken. Was die Energiedichte, Lebensdauer und Stromdurchsatz der Akkumulatoren betrifft, gibt es einen großen Forschungsbedarf. Sehr stark mangelt es außerdem an Sicherheit. Als Lösung bietet sich die Festkörperbatterie, die in der Theorie sicherer ist, eine höhere Energiedichte und längere Lebenszeit als die Lithium-Ionen-Batterie mit flüssigem Elektrolyt aufweist. Derzeitige Schwierigkeiten weist die Produktion auf, die leider noch sehr teuer und nicht ausreichend entwickelt ist.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung
1.3 Theoretische Grundlagen/ Konzept
1.4 Abkürzungsverzeichnis.
2. Technische Grundlagen Festkörperbatterie
2.1 Lithium-Ionen Festkörperbatterie.
2.2 Das neue Zeitalter der Sekundärbatterie
2.3 Unterschiede Lithium-Ionen-Batterie - Fest-/Flüssigelektrolyt
2.4 Forschungssstand Elektrolyten .
2.5 Zwischenfazit
3. Produktanalyse Festkörper- und Lithium-Ionen Batterie
3.1 Kategorie Nachfrage
3.1.1 Aktueller LIB Bedarf
3.1.2 INLÄNDISCHE PRODUKTION XEV
3.1.3 MARKTGRÖSSE UND -DYNAMIK
3.1.4 MARKTANREIZPROGRAMME
3.1.5 UMWELTPOLITISCHE PKW-REGULIERUNGSMASSNAHMEN
3.1.6 PRO-KOPF-EINKOMMEN (KAUFKRAFT).
3.1.7 Zwischenfazit
3.2 KATEGORIE MARKTSTRUKTUREN
3.2.1 ANZAHL UNTERNEHMEN 2015 (MIT MEHR ALS EINEM PROZENT MARKTANTEIL)
3.2.2 PRODUKTION UND HANDEL VON ROHSTOFFEN
3.2.3 Recycling
3.2.4 ENVIRONMENTAL PERFORMANCE INDEX (UMWELTINDIKATOR)
3.2.5 GLOBAL COMPETITIVENESS INDEX (GENERELLE TECHNOLOGISCHE LEISTUNGSFÄHIGKEIT)
3.2.6 WORLDWIDE GOVERNANCE INDICATORS (QUALITÄT DER REGIERUNGSFÜHRUNG/STABILITÄT)
3.2.7 Zwischenfazit
3.3. Kategorie Forschung und Technologie
3.3.1 FuE-ANTEIL DER UNTERNEHMEN
3.3.2 AUSBILDUNG / FACHKRÄFTE
3.3.3 Politische Ziele
3.3.4 (ÖFFENTLICHE) LIB / BATTERIE-FORSCHUNGSFÖRDERUNG
3.3.5 ZIELVORGABEN BEZÜGLICH DER BATTERIEPARAMETER .
4. Fazit
5. Literaturverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Problemstellung
Erneuerbare Energien beschäftigen uns seit Kurzem sehr stark. Sehr oft hört man von Messen, wobei über neue Methoden zur Erhaltung der regenerativen Energien diskutiert wird. Es sind gute Ansätze dabei, jedoch enden die meisten Vorträge über neue Eco-Technologien mit einem großen Problem: Die Speicherkapazitäten reichen nicht aus. Die in der nächtlichen Zeit produzierte Energie kann aufgrund des niedrigen Energiebedarfs nicht genutzt werden. Ein Transport der Energie in Gebiete mit höherem Strombedarf ist nicht effizient, genauso wie die heutige Energiespeicherung, wie z.B. Pumpspeicherkraftwerke, die höchstens einen Wirkungsgrad von 70% erreichen. Darunter leidet die E-Mobilität, Windkraft, Solarenergie etc. Wenn die Bevölkerung demnächst auf ein E-Auto umsteigen und ihre Häuser unabhängig von dem öffentlichen Stromnetz machen will, wären die elektrochemischen Speichersysteme die beste Lösung: In diesem Fall hat unterbrechungsfreie Stromversorgung und Tageslastausgleich die größte Bedeutung und die Akkumulatoren eignen sich verhältnismäßig zu anderen Energiespeichern am besten. Laut den meisten Experten im Bereich erneuerbare Energien ist ein E-Auto eines der besten Wege, die Stromüberschusszeiten z.B. in der Nacht mit dem Laden der elektrisch betriebenen Pkws, zu überbrücken. Was die Energiedichte, Lebensdauer und Stromdurchsatz der Akkumulatoren betrifft, gibt es einen großen Forschungsbedarf. Sehr stark mangelt es außerdem an Sicherheit. Als Lösung bietet sich die Festkörperbatterie, die in der Theorie sicherer ist, eine höhere Energiedichte und längere Lebenszeit als die Lithium-Ionen-Batterie mit flüssigem Elektrolyt aufweist. Derzeitige Schwierigkeiten weist die Produktion auf, die leider noch sehr teuer und nicht ausreichend entwickelt ist.
1.2 Zielsetzung
Das Ziel der Arbeit ist es, die Eigenschaften der Festkörperbatterie zu analysieren und anschließend eine annähernde Lösung oder Alternative zu finden, diese Batterieform bis 2050 konkurrenzfähig zu machen. Genauer gesagt stellt sich in der Arbeit die Frage, ob bis 2050 die Festkörperbatterie in Deutschland mindestens den gleichen Marktrang wie die Lithium-Ionen-Batterie im Jahr 2012 bis 2017 erreichen kann. Auf dem Weg zum Fazit wird sich mit dem allgemeinen Batterieaufbau, mit dem Erfolgsbauelement Elektrolyt (Ionendurchlässige u. gleichzeitig isolierende Schicht zwischen Anode und Kathode) und anschließend mit den wirtschaftlichen Faktoren zur Realisation des hohen Marktranges auseinandergesetzt.
1.3 Theoretische Grundlagen/ Konzept
Wie ist eine Batterie eigentlich aufgebaut und welche Bedeutung haben die einzelnen Bestandteile? Im ersten Kapitel wird diese Frage zusammenhängend mit den Schwierigkeiten der heutigen Technologien geklärt. Die Akkumulatoren unterscheiden sich sehr in ihrer Bauweise mit potenzialen Eigenschaften, die bei der Benutzung in der Praxis eine hohe Bedeutung haben (z.B. Sicherheit, elektrische Belastungsstabilität). Mit einbezogen werden die vorher genannten Eigenschaften der Sekundärbatterie. Die grundlegenden Wissensbausteine sind damit schon gelegt.
Eines der Prioritätsbereiche in der Seminararbeit sind die Wirtschafts-, Politikgrundlagen und -grenzen. Dieser Punkt hat einen großen Einfluss auf den Schlusssatz. Dabei analysiert man zuerst die wirtschaftliche Position der Lithium-Ionen-Batterie anhand einer Liste von Indikatoren (z.B. kategorisiert durch Nachfrage oder Marktstrukturen). Der schwierige Teil ist die Prognostik: Die Taktik wäre hier, zum einen das exponentielle Wachstum der Nachfrage, Speicher-, Leistungsbedarfs der Batteriesysteme mittels Statistiken zu bestimmen. Abhängig vom Ergebnis kann die marktführende Li- Ion-Batterie aufgrund der für die spätere Technik unzureichenden Leistung aus der Liste gestrichen werden. Zum anderen wird mit den Einflussfaktoren wie z.B. Marktreife des Produkts mithilfe von annähernden Prognostiken analysiert.
1.4 Abkürzungsverzeichnis
xEV - Eklektisch betriebene PKW
Li-Ion-Batterie/LIB - Lithium-Ionen-Batterie
FKB/FEB - Festkörperbatterie / -elektrolytbatterie
Wh - Wattstunde [Maßeinheit für Arbeit]
2. Technische Grundlagen Festkörperbatterie
2.1 Lithium-Ionen Festkörperbatterie
Im Netz sind viele Artikel mit der futuristischen Technologie „Festkörperbatterie“ oder Engl. „solid state battery“ erschienen. Zurzeit berichten Nachrichten und Online Artikel über eine „revolution in cell chemistry [...j"1. Können wir durch das neue System eine höhere Energiedichte erreichen? Wann könnte schon die erste Serienproduktion starten?
2.2 Das neue Zeitalter der Sekundärbatterie
Das aktuelle Problem der modernen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist die Brandgefahr. In LithiumZellen besitzen die meisten Stoffe einen niedrigen Flammpunkt und Zündtemperatur, wie Dimethylcarbonat (Flammpunkt: 16°C, Zündtemperatur: 465°C) , Ethylencarbonat (Flammpunkt: 150°C, Zündtemperatur: 465°C), Propylencarbonat (Flammpunkt: 135°C, Zündtemperatur: 510°C) und Graphit (Zündtemperatur: 600°C).2 Um die Elektrode bei Li-Ion Batterien vor den Gefahren zu schützen, wird die Energie der Batterie gekühlt und nicht vollständig auf bzw. entladen, was wiederrum viel Energie kostet.3
Im Gegenzug forscht man seit 2005 („[.] erstes Konzept von N.J. Dudney [.]"4 ) an Sekundärbatterien, bei denen der Elektrolyt fest ist im Gegensatz zu LI-Ion Batterien, dessen Elektrolyt flüssig ist und aus „Leitsalz[.] in Lösemitteln oder [aus] Ionischen Flüssigkeiten [besteht]"5. Dadurch, dass die neue FKB keine große widerstandsfähige Abdichtung braucht, ist es möglich die Form beim gleichen Energievolumen zu verkleinern und somit z.B. eine größere Reichweite bei den E-Autos zu erreichen. Dieser Aspekt macht die Feststoffbatterie so konkurrenzfähig zu der LI-Ionen Batterie.
Außerdem steigt mit der Nachfrage der E-Mobilität der Bedarf an Lithium. Demnach schätzt das Fraunhofer Institut ISI, dass die Reserven weltweit bis 2050 zu 25% verbraucht sein werden.6 Weitere Forschungen haben ergeben, dass man Lithium auch durch Natrium ersetzen kann. Natrium ist im Vergleich zu Lithium günstig:
„Das Lithiumcarbonat aus der Atacama-Wüste kann zu Kosten von gut 2.000 bis 2.500 Dollar pro Tonne produziert werden“7 ; „Der Preis pro Kilogramm variiert zwischen weniger als 10 oder weit mehr als 100 Dollar.“8
Zwar erreichen die Na-FKB mit „160 Wh/kg“9 keine relativ große Energiedichte wie die Li-FKB mit „460 Wh/kg“10, dafür wäre es aber ein guter Ansatz für die Problemlösung der Ressourcenknappheit.
2.3 Unterschiede Lithium-Ionen-Batterie - Fest-/Flüssigelektrolyt
Bei der Unterscheidung beider Batteriearten spielen die Faktoren Leistung, Energiedichte und Sicherheit eine besondere Rolle, wenn es darum geht, den Akkumulatorenmarkt in der Elektromobilität zu revolutionieren.
Einerseits, damit eine mit der Zeit fortführende Optimierung für bestimmte Anforderungen der Batterie erfolgen kann, hat man bei der FKB den Vorteil, dass sich verschiedene Elektrolyte gleichzeitig in einer Batterie befinden können. Bei einer FEB ist es nicht möglich, da sich die Stoffe vermischen würden.11 Wie schon erwähnt, kann man die Festelektrolyt-Batterie kompakter und effizienter bauen. Der entscheidende Punkt liegt in der sog. „bipolaren Verschaltung“. Durch Stapeln von einzelnen Batteriezellen wird der Materialbedarf für Abdichtungsflächen reduziert, sodass die Energiedichte rasant ansteigt. Die beiden Batteriearten unterscheiden sich darin, dass bei FEB die Ionen eine Anziehung in den äußeren Zellen eines bipolaren Batteriesystems haben.12 13
Der nächste Punkt wäre der Verlustunterschied in den Batterien durch die Anziehungs- und damit durch die Reibungskräfte der Ionen. Ausgelöst durch ein elektrisches Feld zwischen positiv und negativ geladenen Ionen:
„Da die Lithium-Ionen eine geringere Beweglichkeit aufweisen als die Anionen im Flüssigelektrolyten, kommt es zu einer Ladungstrennung der Anionen und Kationen, was ein elektrisches Feld zwischen beiden Spezies zur Folge hat [...]“1[3]
Ein wichtigen Vorteil liefert die Temperaturbeständigkeit der Akkumulatoren, denn die FKB kann tiefe Temperaturen besser überstehen (Grund: Festkörperelektrolyte ändern nur kaum ihren
Aggregatzustand bei niedrigen Temperaturen). Die Ergebnisse zeigen, dass der C-Koeffizient (Wert für die Nennkapazität einer Batterie) bei -30°C in FKB höher sei, als bei FEB.14
2.4 Forschungssstand Elektrolyten
Die wesentlichen Optimierungen spielen sich im Bereich des Elektrolyts ab. Hier unterscheidet man grundsätzlich zwischen oxidischen, sulfidischen und polymerbasierten Feststoffelektrolyten.
Beim Ersten verwendet man heutzutage „Lithium Lanthan Zirkonat (LLZO) Festelektrolyten [...]"15. Diese weise eine hohe Stabilität auf und ist im Bereich Sicherheit von großer Bedeutung.16 Jedoch besteht bei dieser Art von Elektrolyten Forschungsbedarf, da die Herstellung zu schwer und teuer ist. Um das Problem schneller zu lösen, wird heutzutage fleißig in die Forschung der Technik. So investiert z.B. Toyota seit 2010 in die Forschung von LLZO Elektrolyten17. Toyota ist eine bekannte Automobilmarke und mit dem Einsatz und Mühe wird es sicherlich möglich sein, in dem nächsten Jahrzehnt die Technik markttauglich zu machen. Die Konzentration der Forschung liegt auf der Verhinderung der Kristallbildung und auf der Verbesserung des Kontakts für den Ionentransfer18.
Die Sulfide bieten sich als gute Alternative an, da die Ionenleitfähigkeit sehr gut ist. Nachteil daran ist, dass der Rohstoff Germanium teuer ist und die Herstellung nur in bestimmten Räumen mit Schutzgas stattfinden kann19
Polymere in Elektrolyten sind bereits gut entwickelt. Polymerbasierte Festelektrolytbatterien wurden z.B. von der französischen Ballore Gruppe in Bluecars eingebaut und die Reichweite beträgt ca. 250 km.20
Zusammengefasst bieten die Sulfide eine verhältnismäßige gute Kapazität von 105 bis 137 mAhg-[1] und Zyklenstabiltät von 100 bis 1000 Zyklen.21 Polymere und Oxide haben höhere Werte in der Kapazität, aber sind bei der Zyklenstabilität schwächer. Jedoch stellen die Polymere bessere Sicherheitsanforderungen dar, weshalb sie auch zurzeit mehr in der Praxis genutzt werden.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
2.5 Zwischenfazit
Angesicht der großen Unterschiede zwischen Flüssig- und Feststoffelektrolyt- Batterien ist das Potenzial enorm, jedoch muss man erst wichtige Optimierungen vornehmen, bevor man eine Serienproduktion startet. Die Materialien sind zu teuer und die ausgewählten Elektrolyten sind noch auf der Laborebene. Als Priorität sollte man heute die Forschungsinvestitionen ansehen. Große Automobilhersteller sollten wissen, dass PKW mit Verbrennungsmotor kein großes Potenzial mehr haben. Die Herausforderung bleibt die Lithiumknappheit, aber da die Reserven nicht in den nächsten paar Jahrzenten enden, kann man davon ausgehen, dass die Entwicklung der Lithium-Ionen- Festkörperbatterie nur ein Zwischenschritt zum Ziel ist und die Forschung an anderen Batteriearten, wie z.B. Natrium-Festkörperbatterie intensiv fortgesetzt werden soll.
3. Produktanalyse Festkörper- und Lithium-Ionen Batterie
Die Produktanalyse erfolgt basierend nach einer wissenschaftlichen Arbeit von Axel Thielmann aus dem Fraunhofer Institut. In der folgenden Leitmarkt- und Leitanbieterstudie werden 6 Länder22
(Deutschland, Japan, China, Frankreich, USA und Korea) miteinander bzgl. der Indikatoren aus 4 verschiedenen Kategorien Nachfrage, Marktstrukturen, Forschung/Technologie und Industrie für das Jahr 2017 verglichen. Aufgrund von unzureichenden Informationen und Quellen wird die Kategorie „Industrie“ und einzelne nicht relevante Teilindikatoren nicht in die Arbeit einfließen. Stattdessen werden die analysierten Indikatoren aus den ersten 3 Kategorien mit den gleichen Indikatoren für die FKB im Jahr 2050 auseinandergesetzt. Zu beachten ist dabei, dass Prognosen nicht genau bestimmt werden können und die Ergebnisse aus diesem Grund annähernd bestimmt werden. Das Ziel dieses Kapitels ist es, die Indikatoren im Jahr 2050 zu modellieren und zu schlussfolgern, wie sich die FKB in die Szenarien der Zukunft integrieren kann.
3.1 Kategorie Nachfrage
Die Nachfrage eines bestimmten Produkts ist eines der wichtigsten Hauptindikatoren. Dies beeinflusst sehr stark das Potenzial des Produkts und den Markt, wovon profitiert wird. Das Ziel ist es, diesen Indikator für die FKB hochzuhalten, damit diese Technologie im folgenden Vergleich mit untergeordneten Indikatoren dominieren kann.
3.1.1 Aktueller LIB Bedarf
Grobgesagt, durch die Absatzzahlen der verkauften Elektrofahrzeuge und der spezifischen Batteriekapazitäten der Bestimmungsländer kann man diese auf die Produktionsgebiete beziehen.23 Damit ermittelt man den Kapazitätsbedarf in Kilowattstunden (kWh).24 Auf Deutschland bezogen, hatte das Land 2017 einen Kapazitätsbedarf von 2,5 GWh. In einem weiteren Beitrag seitens Fraunhofer Instituts beschreibt ein unbekannter Autor, dass laut den Berechnungen des Instituts der Bedarf an Kapazitäten in Deutschland bis 2050 auf 2.400 GWh im Elektromobilitätssektor steigen wird.25
Somit ist ein Grundbaustein für eine Ausweitung und Verbesserung des Batteriemarktes gelegt.
3.1.2 INLÄNDISCHE PRODUKTION XEV
Bei dieser Berechnung hat Thielmann eine Analyse der Produktionsstandorte der Elektroautos (xEV) durchgeführt und annähernde Werte für die Fahrzeugmodelle festgestellt, die in mehreren Ländern hergestellt werden (aufgrund weniger Fälle wenig Einfluss auf das Ergebnis).26
Zwar hat Deutschland eine gute industrielle Infrastruktur und somit gute Voraussetzungen, aber die inländische Produktion bleibt auf einem mittleren Rang bei 166.000 produzierten xEV im Jahr 2017.27
Bei der Festkörperbatterie (FKB) haben viele Unternehmen wie Mercedes Benz mit eCitrus G Omnibus oder Toyota mit den EV-Hybriden viele Investitionen getätigt. Allein die Pläne von Toyota sagen aus, dass bis 2030 (neulich bis 2025) 5,5 Millionen elektrifizierte PKW gebaut werden sollen.28 Hiermit kann man zwar keine genauen Werte für das Jahr 2050 stellen, aber wenn schon so ein großes Unternehmen in diese Technologie hohe Summen investiert, dann kann man davon ausgehen, dass deren Konzepte ausreichend professionell entwickelt wurden. Als Folge könnte man sehen, dass andere Unternehmen und Start-Ups deren Vorgehensweise folgen werden und die Popularität der FKB steigen wird.
Auf der anderen Seite hat man das bekannte Unternehmen Bosch, das ihre FKB-Entwicklung mit dem Kauf des Start-Ups „SEEO“ aufgegeben hat.29 Was deutlich wird, ist die Fehleinschätzung der Kosten von Bosch.30 Die Herausforderung der FKB wird somit in der nahen Zukunft die Anschaffung der hohen Investitionskosten sein.
3.1.3 MARKTGRÖSSE UND -DYNAMIK
Um die genaue Nachfrage zu bestimmen, ist es nötig, die zur Kompatibilität stehenden Mittel zu prognostizieren. In diesem Fall sind es die elektrisch betriebene PKW und die Produktionskapazität der PKW auf Verbrennungsmotorbasis fließt in die Analyse mit ein.31
Wieder am Beispiel von DE hatte man zwischen 2005 und 2017 einen leichten Anstieg von 0,9 % in der PKW-Produktion und seit Anfang 2011 einen stetig wachsenden prozentualen Anteil von xEV bis 2017.32 Umso höher der letztendliche Anteil an xEV in der gesamten inländischen PKW Produktion ist, desto höher ist die Nachfrage in der jeweiligen Region.
Mit einem Zusammenschluss mehrerer Universitäten und Instituten haben sie eine Prognostik für die Produktionsanteile verschiedener Antriebsarten der PKW entwickelt. Schlussendlich wurden folgende Werte entnommen: Mit einer hohen Wahrscheinlichkeit wird der Produktionsanteil der xEV schon 2040 am höchsten sein und bei 69% liegen.33 Währenddessen haben die PKW mit Verbrennungsmotoren einen Anteil von 28%. Im nächsten Jahrzehnt bis 2050 wird sich der Anteil der xEV den 90-100 %-igen Anteilen nähern.34
Damit hat man einen weiteren sehr wichtigen Grundbaustein für die Förderung der elektrochemischen Batterieindustrie gelegt, dass die Nachfrage decken wird.
3.1.4 MARKTANREIZPROGRAMME
Thielmann hat 4 Hauptkategorien zur Bewertung des Indikators erstellt: Die erste Kategorie ist die finanzielle Förderung durch privaten Kauf von xEV oder Plug-In-Hybriden (PHEV), zweite die Steuerbefreiungen durch die privaten Käufe, dritte die zusätzlichen Rechte, die der priv. Käufer bekommt und die vierte die Vorteile der Infrastruktur.35
Deutschland hat bis jetzt die Marktanreizsysteme nicht genug ausgebaut (Infrastruktur ausgeschlossen).36 Im Vergleich zu den Ländern China, Japan, USA, Frankreich und Korea liegt DE auf den mittleren Platz.37 Bei der letzten Kategorie jedoch auf einem hohen Platz, da die Ladestationen pro xEv relativ hoch ist (ca. 24.200 Einheiten/xEV; Stand 2017).38
Mit den exponentiell steigenden Produktionsanteilen der xEV (Siehe Kap. „Marktgröße - und Dynamik“) werden die Marktanreizprogramme an Bedeutung verlieren, da durch die Popularität und hoher Nachfrage die Menschen nicht mehr dazu ,gezwungen‘ werden müssen, diese Technologie zu unterstützen. Wenn die FKB in der Forschung in den nächsten Jahren einen Vorsprung erzielt, dann sind die Marktanreizprogramme aufgrund von besseren Batterieaspekten (z.B. höhere Leistungs- und Energiedichte) ebenfalls nicht mehr notwendig. Sinnvoll wäre es nur in der Übergangsphase zur erhöhten xEV-Produktion (z.B. in den Jahren 2020-2035).
3.1.5 UMWELTPOLITISCHE PKW-REGULIERUNGSMASSNAHMEN
In diesem Abschnitt wird anhand der beschlossenen politischen Maßnahmen mit Faktoren Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen die Erfolgsposition der Länder ermittelt.39 Somit müssen sich Unternehmen nach diesen Werten richten und sogar aus profitablen Gründen das Produkt optimal zu den Maßnahmen passend modifizieren.
In dem vorgeführten Vergleich schneidet Deutschland sehr gut mit umweltfreundlichen und realistischen Grenzwerten ab (Kraftstoffverbrauch 4,1 l/100km und 95 g/km CO2-Emissionen bis 2020).40
Bei den Regulierungsmaßnahmen ist es von großer Bedeutung die goldene Mitte zu treffen, damit die Regierung noch genug Einnahmen durch die aktuelle Automobilindustrie macht (somit eine bessere finanzielle Unterstützung gewährleistet werden kann) und gleichzeitig gute Bedingungen für die zukünftige xEV Industrie schafft.
3.1.6 PRO-KOPF-EINKOMMEN (KAUFKRAFT)
Bürger mit geringen Pro-Kopf-Einkommen können sich derzeit ein verhältnismäßig sehr teures Auto nicht leisten. In Kombination mit der steigenden Massenproduktion der xEV und damit sinkenden Produktionskosten könnten sich größere Teile der Bevölkerung einen Kauf eines xEV vornehmen. Wenn dazu noch das Pro-Kopf-Einkommen steigt, dann würde es dazu beitragen, dass sich die Bürger noch viel früher einen xEV anschaffen würden. Doch wie sieht es heute und in der Zukunft aus?
Laut der Quelle „Statista“ aus Thielmanns Arbeit liegt das Pro-Kopf-Einkommen 2017 in Deutschland knapp bei 40.000 €.41 Damit kann sich ein durchschnittlicher Bürger für einen spontanen Kauf heute erst nur ein Kredit (in günstigsten Fällen wie z.B. gutes Kreditprofil) z.B. für das Tesla Modell S (Preis ca. 80.000 €) aufnehmen. Laut einer Zeitschrift für Bankpolitik und Praxis „die bank“ müsste sich das Pro-Kopf-Einkommen in Deutschland bis 2050 auf ca. 52.000 US-$ (umgerechnet 44.000€) erhöhen.42 Es ist ein Anstieg von 110%, welches keinen großen Einfluss auf die Nachfrage haben wird.
3.1.7 Zwischenfazit
Zusammengefasst gesehen wird die Nachfrage für elektrochemische Speichersysteme und vor allem für Elektromobilität steigen. Bis 2050 werden die xEV mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Teil unseres Alltags sein. Genauso wie heute jeden Monat neue Patente für LIB unterschrieben werden, kann das Jahr 2050 so ähnlich mit den FKB aussehen, wobei neue Separatoren, Anoden, Elektroden und Elektrolyten auf technologiebasierten Messen vorgestellt werden.
3.2 KATEGORIE MARKTSTRUKTUREN
Die Marktstrukturen haben in dem Vergleich auch einen hohen Stellenwert und bauen auf einer hohen Nachfrage schnell auf. In diesem Kapitel werden bereichsbezogene Unternehmen analysiert und deren Zukunftspläne verglichen. Dazu kommt die genauere Betrachtung derer Instrumente, die sie zur Optimierung des Produkts und Unternehmens benutzen.
3.2.1 ANZAHL UNTERNEHMEN 2015 (MIT MEHR ALS EINEM PROZENT MARKTANTEIL)
Die inländischen Unternehmen müssen für einen Fortschritt in der Technologie Konkurrenten haben, um neue Produktmodifikationen rauszubringen, damit die Nachfrage stets hoch bleibt. Aus diesem Grund beschäftigt sich dieser Indikator mit Anzahl der Unternehmen, die sich auf Teilgebiete Kathoden-, Anoden-, Separator- und Elektrolyt-Materialien spezialisieren (als Quelle B3 Studien Corporation 2017).43 Außerdem werden die Zellmarktdaten aus Fraunhofer ISI 2018 entnommen und damit eine Summe der Unternehmen mit mehr als 1% Marktanteil gebildet.44
Das deutsche Unternehmen „BASF“ spezialisiert auf Batterieelektrolyten hat als einziges Unternehmen den Marktanteil (MA) von 1% überschritten.45 Somit hat DE in Vergleich zu China (höchste Unternehmensanzahl über 1% MA)46 einen relativ geringen Wettbewerbsbedarf.
Der entscheidende Faktor bei der FKB ist das Elektrolyt, weshalb neue Start-Ups gefördert werden oder Unternehmen mehr Spezialisten für Elektrolytforschung einsetzen und dies auch als Zielgebiet einstufen müssten. Die nächste Priorität wäre die LIB den Standards der FKB anzupassen.47 Beispielsweise haben Unternehmen wie z.B. Li-Tec ein hohes Potenzial und sind in allen Bereichen der
Batterie tätig.48 Jedoch besteht immer die Gefahr, dass viele Projekte aufgrund von mangelnden Unterstützungskosten und Fehleinschätzungen aufgegeben werden.49
3.2.2 PRODUKTION UND HANDEL VON ROHSTOFFEN
In Thielmanns Arbeit werden die Rohstoffe Graphit, Kobalt, Lithium, Mangan und Nickel in Betracht gezogen, da es die wichtigsten Rohstoffe für die Herstellung von LIB sind.50 Die Herkunft (Zeitraum 2016-17) und Menge (Zeitraum 2009-14) der Rohstoffe wird mithilfe der Datenbank-Quellen „USGS 2018“ und „Material Data 2014“ in annähernd gleichen Jahren ermittelt.51 Mit der „UN Comtrade Datenbank“ werden die Importe und Exporte der Rohstoffe untersucht.
Deutschland hat in dem Handelssektor eine hohe Position eingenommen, jedoch hat das Land einen sehr niedrigen Rohstoffproduktionsanteil.52 Grob gesehen hat DE sehr wenig Rohstoffe im Boden zur Verfügung und auch sehr wenig Flächen zum Rohstoffabbau. China z.B. hat eine sehr große Landfläche und wertvolle Böden, weshalb sie auch einen viel höheren Produktions- als Handelsanteil haben.
Da die FKB-Forschung noch nicht sehr fortgeschritten ist, ist es noch nicht möglich vorherzusagen, welche Rohstoffe und welche Menge genau benötigt werden. Wenn man aber davon ausgeht, dass zum Periodensystem keine wichtigen Elemente (für Batterietechnologie relevant) mehr dazukommen, dann stehen 15 natürliche Elemente der Batterieforschung zur Verfügung, weil sie wichtige Eigenschaften, wie z.B. niedriger Preis oder hohes Vorkommen erfüllen.53 Der Nachteil ergibt sich aus der begrenzten Anzahl der Elemente, weil die technischen Eigenschaften der 15 natürlichen Elemente möglicherweise nicht für zukünftige FKB ausreichen. Andererseits kann man nie die neuen Entdeckungen der Elemente ausschließen, die die Forschungsvielfalt vergrößern würden.
3.2.3 Recycling
Recycling ist ein komplexes Themengebiet und es muss so gestaltet werden, damit das Produkt optimal funktionieren kann und gleichzeitig so aufgebaut ist, sodass man es leicht wiederverwenden kann. Um festzustellen, wie gut die Recyclingsysteme heutzutage sind, muss die Anzahl der inländischen Patente (Quelle: International Patent Classification) und Publikationen (Quelle: Scopus-Literaturdatenbank) zusammengefasst werden.54
Viele Länder haben in den letzten Jahren intensiver an den Recyclingprozessen gearbeitet.55 Bis dahin hat DE sich mit 12% Patent- und 5% Publikationsanteil beteiligt.56
Laut des Öko-Instituts e.V. wird im Bereich Batterierecycling 2030 10% und 2050 40% der genutzten Rohstoffe weltweit zurückgewonnen werden.57 Daraus ausgehend müsste die Anzahl der Publikationen und Patente exponentiell wachsen und in die Industrie integriert werden. Die Folge wirkt sich sehr positiv auf die FKB aus: Die konventionellen LIB sind zurzeit sehr leistungsfähig und durch einen geringeren zukünftigen Mangel an Lithium und anderen relevanten Rohstoffen wird es nicht nötig sein, dringend neue Anoden oder Kathoden zu entwickeln. Somit kann man sich vorerst vollständig auf die Elektrolytforschung konzentrieren.
3.2.4 ENVIRONMENTAL PERFORMANCE INDEX (UMWELTINDIKATOR)
Nachhaltigkeit muss selbstverständlich berücksichtigt werden, da es sonst nicht die Grundregeln für die Energiewende erfüllt. Die Einflusspunkte sind Energie, Umweltressourcen, Biodiversität, Wasser-, Luftqualität und Ökosystem und der Index lässt sich bei der Yale University ablesen und auf einer Skala von 0 bis 100 bestimmen.58
In Europa scheint laut der Statistik der Index relativ zum Osten und Westen Europas hoch zu sein (z.B. Deutschland EPI=78).59 Die offizielle Webseite der EU meine: „Die Bürgerinnen und Bürger der EU genießen Umweltstandards, die zu den höchsten der Welt gehören.“60 Die westlichen und östlichen Länder sollten sich ein Beispiel an der EU nehmen und gemeinsame Ziele verfolgen.
Der Umweltindikator EPI setze ein Ziel bis 2050 voraus, wobei der Wert aus dem Jahr 2010 weltweit um 50% auf mindestens denselben Wert wie aus dem Jahr 1990 weltweit reduziert wird.61 Mit diesem Ziel werden viele Länder neue Normen schaffen, um den EPI zu erhöhen. Da die EU heute schon einen großen Wert darauflegt, die Umwelt-Nachhaltigkeit zu unterstützen, könnten 2050 die Normen in erster Stelle den Zielen des EPI angepasst werden.
3.2.5 GLOBAL COMPETITIVENESS INDEX (GENERELLE TECHNOLOGISCHE LEISTUNGSFÄHIGKEIT)
Für die technologischen Leistungskapazitäten eines Landes werden Faktoren benutzt, die mit der Bevölkerungsentwicklung und deren Fähigkeiten in einer bestimmten Branche intensiv zu arbeiten zusammenhängen.62 Unterteilt werden diese Faktoren in 3 Kategorien „Faktorgetrieben“, „Effizienzgetrieben“ und „Innovationsgetrieben“, die später unterschiedlich und zum Schluss gemeinsam mit dem Indikator GCI auf einer Skala von 1 bis 7 bewertet werden.63
An der dt. Bevölkerung ist zu verzeichnen, dass sie gute Ergebnisse in den Jahren 2017/18 erbracht haben und somit den GCI Wert (=5,7) hochhalten.64
Wie die Menschheit in 2050 denken und handeln wird, kann man zurzeit nicht wissen, aber rein aus dem menschlichen Verstand kann man die Zukunft folgendermaßen vorstellen: Immer mehr Menschen haben Zugang zu Schulen und Universitäten, das Streben nach Erfolg wird immer populärer, die Arbeitslosenquote wird in den nächsten Jahren sinken und die mentale Entwicklung schreitet voran. Durch die Digitalisierung und hoch entwickelte Industrialisierung werden sich Menschen anderen Berufen bezogen auf die am meisten gefragten Branchen (in dem Fall z.B. Batterie- oder E- Mobilitäts-Industrie) widmen. Wenn man es auf diese Weise abschätzt, dann ist dieser Indikator auch mit Erfolg zu bewerten, da der Bedarf an Leistungskapazitäten der Bevölkerung abgedeckt werden könnte.
3.2.6 WORLDWIDE GOVERNANCE INDICATORS (QUALITÄT DER REGIERUNGSFÜHRUNG/STABILITÄT)
Bei dem WGI handelt es sich um eine ähnliche Form wie der GCI, jedoch bezogen auf die politischen Verhältnisse und Bereiche.65 „Die sechs berücksichtigten Bereiche sind: 1) Mitspracherecht und Verantwortlichkeit, 2) Politische Stabi-lität und Abwesenheit von Gewalt, 3) Leistungsfähigkeit der Regierung, 4) Staatliche Ordnungspolitik, 5) Rechtsstaatlichkeit und 6) Korruptionskontrolle.“66
Beim Vergleich schneidet Deutschland am besten mit rund GCI = 80 ab.67 Währenddessen bleiben die Länder Japan, USA, Frankreich und Korea zwischen den Werten 60 und 80. Am schlechtesten fällt China aus und erreicht knapp einen Wert von 42.
Durch den Kontrast macht sich bemerkbar, dass das Land China mit der meisten Einwohnerzahl (laut Weltbank 1,39 Mio. EW) die Menschen politisch relativ schlecht behandelt. Wenn China eine Produktionsweltmacht bleiben will, dann muss die Regierungen Änderungen für bessere Verhältnisse der Bevölkerung vollbringen. Ein paar Beispiele wären die Umsetzung der Wünsche seitens der Bevölkerung oder Anstieg der Löhne für weniger Korruption.
In 2050 wird die Bevölkerung weltweit auf 9,7 Milliarden ansteigen.68 Die Regierungen muss zuverlässige politische Systeme entwickeln und eine hohe politische Stabilität aufbauen, um eine so hohe Bevölkerungszahl erfolgreich in das System zu integrieren. Wie schon vorher erläutert, wird die durchschnittliche Intelligenz der Menschen sehr wahrscheinlich steigen (siehe 3.2.5 GLOBAL COMPETITIVENESS INDEX GENERELLE TECHNOLOGISCHE LEISTUNGSFÄHIGKEIT) und die Regierungen haben geringere Chancen deren Bürger zu manipulieren. Wenn man die politische Entwicklung in der Vergangenheit betrachtet, wird man feststellen, dass die Menschen sich mit der Zeit an die Lebensverhältnisse anpassen, nach Besseren streben und sich widersetzen.
3.2.7 Zwischenfazit
Die Marktentwicklung sieht positiv für die FKB aus, aber mit diesen Bedingungen kann man bis zum letzten Abschnitt sagen, dass die FKB 2050 einen gleichen Marktrang haben könnte, wie die LIB 20122017 unter einer Ausnahme: Die spezialisierte Unternehmenswirtschaft ist nicht ausreichend ausgebaut. Die Unternehmen, die sich derzeit damit beschäftigen, erzielen Erfolge in kleinen Schritten und gleichzeitig mit hohen Investitionssummen. Viele Meinungen von Professoren und Technikern in diesem Themengebiet gehen davon aus, dass es keinen Durchbruch der Festkörperbatterien geben wird. Als Argument hat man die Unreife der Technik und die hohen Produktionskosten. Um sich dieser Problemstellung zu widmen, wird die FKB in Zusammenhang mit der LIB und deren HauptindikatorenAnalyse „Forschung und Technologie“ gebracht.
3.3. Kategorie Forschung und Technologie
Dieses Kapitel hat eine hohe Relevanz für den schlussendlichen Fazit. Während sich die Kapitel Nachfrage und Marktstrukturen mit den allgemeinen Eigenschaften beider Batteriearten beschäftigt haben, hat dieser letzte Teil spezifische Unterschiede zwischen den LIB und FKB.
3.3.1 FuE-ANTEIL DER UNTERNEHMEN
Ähnlich wie beim Indikator „Recycling“ werden beim Forschungs- und Entwicklungs- (FuE) -Anteil die Patentanmeldungen (Quelle: „PATSTAT“) sowie Publikationen (Quelle: „Web of Science“) 2015-17 mit gleicher Wertung analysiert und in Prozentanteilen angegeben.69 Relevant ist dieser Teil für die weiteren Forschungsschritte der Technologie.
In den Themengebieten „LIB“ und „LIB für xEV“ sind die Patente in DE ausgeglichen bei ca. 90%-igen Anteil und die Publikationen der Batterien für xEV (20%) übersteigen stark die eigentlichen LIB- Publikationsanteile (7%).70 Beim großen Unterschied zwischen Patenten und Publikationen wird erneut bemerkbar, dass bestimmte Mittel wie z.B. Finanzen nicht ausreichen, um die Patente zu veröffentlichen.
Laut einer geschriebenen Arbeit aus Forschungszentrum Jülich haben die Lithium-Ionen-Batterien ein hohes Potenzial für die Zukunft.71 Die größten Nachteile der LIB heute sind zum einen die Brand-, Explosionsgefahr, geringe Zyklenstabilität und hohe Energiekosten gerechnet auf 1 kWh (durch hohe Materialkosten).72 Die Eigenschaften einer FKB bieten eine Lösung: Die Brand- und Explosionswahrscheinlichkeit wird signifikant minimiert, da sich die Kathode und Anode bei einer Beschädigung der Zelle, nicht wie bei einer konventionellen LIB berühren, sondern zwischen den festen Elektrolyten isoliert bleiben.73 Außerdem haben die FKB eine hohe thermische Stabilität gegenüber den LIB (Arbeitsbereich= -20 °C < T < 80°C) , sodass bei versehentlichen hohen oder niedrigen Temperaturen die Verletzungsgefahr sinkt.74 Der Feste Elektrolyt sogt auch für eine stabilere chemische Zusammensetzung und damit erhöht sich die zyklische Stabilität und Leistungsdichte (führt zu geringeren Energiekosten).75 Somit könnte die FKB die Leistungen erfüllen, die zurzeit als Herausforderungen im Batteriemarkt betrachtet werden.
3.3.2 AUSBILDUNG / FACHKRÄFTE
Die Schwerpunkte bei der Analyse dieses Indikators sind Patenthalter und Autoren der Publikationen und es werden die Anteile und Zuwachs dieser Personen von 2014 bis 2017 berechnet.76
In der Auswertung steht Deutschland an einem niedrigen Platz: Die Anteile der Patenthalter und Autoren liegen ungefähr gleich bei 10% Anteil, jedoch ist kein großes Wachstum bei den Erfindern feststellbar und bei den Autoren der Publikationen hat man sogar einen Abfall von ca. 2%.77 Die realen Publikationen von 2013-2017 haben einen relativ hohen Wachstum von 12% und einen relativ geringen Weltanteil von 6%.78 Die dt. Patente von 2012- 2016 zeichnen sich dagegen in geringeren Anteilen aus: Mit dem negativen Wachstum von 11% und einem Weltanteil der Patente mit 12% liegen die Deutschen im Vergleich hinter China, USA und Japan.79
Eine Delphi-Studie berichtet, dass die globale Arbeitslosigkeit bis 2050 auf 24% steigen könnte.80 Hervorgerufen wird die Massenarbeitslosigkeit durch die Automatisierung und Digitalisierung der Fertigungsprozesse in der Arbeitswelt (z.B. Fabriken).81 Mit dieser Feststellung wird sich die Arbeiterklasse mit großer Wahrscheinlichkeit verstärkt z.B. der Forschungsbranche nähern. Somit kann man davon ausgehen, dass das Wachstum von Autoren, Erfindern und somit von Patenten und Publikationen zunehmen wird. Eine Ausnahme bilden die heutigen Entwicklungsländer, die noch nicht von einer fortgeschrittenen Technik wie in Industrieländern profitieren können. Wie vorher erwähnt, kommt es dazu, dass die Menschen vor Ort derzeit sehr wenig Zugang zu Bildungseinrichtungen und Internet haben, was zu einem unterdurchschnittlichen Bildungsniveau führt und die Wirtschaftssektoren nur kleine Änderungen vornehmen werden.82 Auch spielt das erhöhte Bevölkerungswachstum eine Rolle, denn die finanzielle Förderungen müssen zunehmen. Dieses Scenario könnte auch anders aussehen, wenn andere Industrieländer den Entwicklungsländern Unterstützung geben. So hätten die betroffenen Gebiete eine Chance auf eine Umwälzung der Wirtschaft und Gesellschaft.
3.3.3 Politische Ziele
Als Ziel setzt man sich in diesem Indikator die Aufstellung der politischen Ziele im Kontext des Klimawandels und die Bewertung anhand der Fristen.83 Wenn man das europäische Gebiet bzw. die Europäische Union betrachtet, ergeben sich 2 Hauptziele: Technologie und Wirtschaft.84 Zum einen will die EU die Forschung zur Entwicklung CO2 ärmeren Technologien vorantreiben.85 Der Plan dafür wird auch als „SET-Plan“ bezeichnet und beschreibt als Ziel eine Kostensenkung und Erhöhung der Sicherheit der Technologien.86 Zum anderen hat Deutschland das Ziel, die Wirtschaftsmacht auszubauen und als Leitmarkt bzw. Leitanbieter in der Elektromobilitätsbranche zu agieren.87 Doch um dieses Ziel zu erreichen, ist es ebenfalls notwendig die Energiespeichertechnologie auszubauen und neue intensivere Forschungen zu betreiben.88
In Deutschland hatte man eine Frist von 2009 bis 2020, worin das Ziel war, 1 Million PKW in DE zuzulassen.89 Leider wurde dieses Ziel nicht erreicht, denn in Jahr 2020 beträgt die Anzahl der xEV in DE nur 136.000.90 Die EU hingegen strebt eine Reduzierung der CO2 Emissionen um 15% ab 2025 und um 37,5% ab 2030 an.91 Das Scheitern der Deutschen sollte man nicht negativ interpretieren, da bei der nächsten Frist die Deutschen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit besser vorbereitet sind und effektivere Maßnahmen ergreifen werden. In der Statistik kann man auch erkennen, dass im Letzten Jahr von 2019-20 das Wachstum am höchsten war (ca. 50.000 xEV/Jahr).92
Das deutsche BMU setzt sich zurzeit sehr stark für die nachhaltige Entwicklung ein. Besonders hohe CO2 Emissionen hat man heute in den Energiewirtschafts-, Industrie- und Gebäudesektoren.93 Die Maximalwerte sind fest definiert und sind durch realistische Zwischenziele erreichbar.94 Damit lässt sich vorhersehen, dass zur Realisation der Ziele eine ausgereifte Technik z.B. in der Elektromobilität verwendet wird.
3.3.4 (ÖFFENTLICHE) LIB / BATTERIE-FORSCHUNGSFÖRDERUNG
In diesem Indikator bewertet man die finanzielle Förderungen für Forschung an allen Bereichen einer Sekundärbatterie im Jahr 2017.95
Deutschland hat im Vergleich zu anderen Ländern eine hohe Summe investiert (35 Mio.€) und plant seit 2015 die Investitionen in gleichen Summen fortzusetzen.96
Was die FKB betrifft, investieren heute schon viele bekannte Unternehmen in die Forschung, jedoch überwiegend im Ausland: So hat z.B. Volkswagen 2018 100 Mio. € in ein großes Technologieunternehmen in den USA, die sich mit Festkörperelektrolyten beschäftigen, investiert.97 Die Investitionen werden höchstwahrscheinlich Angesicht der Nachfrage an der Elektromobilität und höheren Kapazitäten in der Batterietechnik steigen, doch die finanziellen Beträge wären in vielen Fällen (wie z.B. beim Unternehmen Bosch) stark unterschätzt und die Förderung würde aufgegeben werden.
3.3.5 ZIELVORGABEN BEZÜGLICH DER BATTERIEPARAMETER
Die in diesem Abschnitt betrachteten Aspekte sind Batteriekosten und -leistungskapazität.98 Die Ergebnisse werden in den Jahren 2017, 2020 und 2030 aufgelistet und prognostiziert.99
Deutschland hat dabei ein verhältnismäßig großes Ziel in Bereich Energiedichte für 2020 (350 Wh/kg) und einen ungenauen Richtwert (>400 Wh/kg) aufgestellt. Optimal sind die Werte für die Kosten, die in für 2020 (90 €/kWh) und für 2030 (75 €/kWh) relativ niedrig gehalten werden.
Für eine nachhaltige Entwicklung müssten die Ziele idealerweise - auch für längeren Zeitraum - genau definiert werden. Insbesondere sollte Deutschland in diesem Bereich mehr Experten beauftragen, realistische Ziele aufzustellen. Wenn man allerdings die Historie der deutschen Ziele anschaut, erkennt man viele Fehlversuche und Fristen, die weiterhin verschoben wurden, bzw. werden. Ein Beispiel ist der Flughafen BER in Berlin, der ursprünglich am 30. Oktober 2011 eröffnet werden sollte und nun der Eröffnungstermin auf 31. Oktober 2020 verschoben wurden [stand 01.10.2020].100 Ein weiteres
Beispiel ist das Elektromobilitätsziel, das schon im Abschnitt „Politische Ziele“ erwähnt wurde. Schlussfolgernd folgt, dass Deutschland entweder die Fristen für zukünftige Ziele erneut verlängern oder doch aus den vorherigen Fehlversuchen bessere Erfolgskonzepte erstellen werden. Vorerst geht man vom ungünstigsten Szenario aus und nimmt an, dass die deutschen Richtwerte mit einer hohen Wahrscheinlichkeit nicht pünktlich erreicht werden.
4. Fazit
Die eigentlichen Indikatoren der LIB weisen auf einen guten globalen Marktwachstum hin. Sehr stark zeichnet es sich im Land China aus, wo die Produktionsmarktstrukturen sehr gut ausgebaut sind. Grob betrachtet zeigt den ersten beiden Kapiteln der Produktanalyse die Indikatoren der FKB (2050) gegenüber den gleichen Indikatoren der LIB (2012-2017) mit einer starken Entwicklung in die positive Richtung: Die Nachfrage steigt und die Marktstrukturen werden qualitativ sowie quantitativ in das Marktsystem integriert. Die einzigen FKB-Indikatoren, die mit den LIB-Indikatoren nicht konkurrieren konnten sind „Marktanreizprogramme“, „Pro-Kopf-Einkommen“, „Anzahl Unternehmen“. Produktion und Handel von Rohstoffen könnte man auch miteinbeziehen, aber nur, wenn man eine FKB mit neuen Materialien für die Batterie-Bauteile entwickeln möchte. Für eine Modifizierung der LIB zu einer FKB (LIB mit festem Elektrolyt) kann der Indikator ausgelassen werden. Im 3. Kapitel „Forschung und Technologie“ ist die globale Entwicklung der FKB-Indikatoren als positiv zu betrachten. Angenommen China bleibt auf derselben Führerposition im LIB-Markt und die LIB-Technologie entwickelt sich nur in kleinen Schritten: Das Land würde weiterhin als Leitanbieter die benötigten Güter und Produkte für die Elektromobilität (wie z.B. LIB oder FKB) an andere Regionen exportieren. Durch die Massenproduktion sinken die Preise pro Stückzahl und China baut eine Handelsmacht auf. Würden sich andere LIB-Technologien stärker entwickeln, würde China dennoch die gleiche Rolle übernehmen und die FKB nur nach Bedarf weiterentwickeln. Bezogen auf Deutschland sehen die Ergebnisse nicht ausreichend für eine Erreichung des Marktranges einer LIB (2012-2017) aus. Im Vergleich sind die Wachstumsraten in einigen Indikatoren (z.B. 3.3.2 AUSBILDUNG / FACHKRÄFTE) sehr niedrig und die entscheidenden Unternehmensfaktoren haben bzgl. deren Entwicklung Defizite aufgewiesen (z.B. unterschätzte Investitionskosten). Großen Einfluss auf die Indikatoren hat auch der demographische Wandel und die Politische Situation, welche man nicht genau prognostizieren kann. Vollständig betrachtet, könnte die FKB in den nächsten Jahrzehnten mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Erst in den USA oder in China auf den Markt kommen und sich in den nächsten Jahren global ausbreiten.
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[...]
1 (Manthey 2019)
2 Vgl. (Groiß 2010, S. 5)
3 Vgl. (Bullis 2001)
4 (Ulrich 2017, S. 15)
5 (Moosbauer 2010, S. 23)
6 Vgl. (Wendl 2009, S. 66)
7 (Zacharias 2017)
8 (Böttcher 2016)
9 (Forschungszentrum Jülich 2019)
10 (Forschungszentrm Jülich GmbH 2019)
11 Vgl. (Braun 2019, S. 16)
12 Vgl. Ebd.
13 Ebd.
14 Vgl. (Braun 2019, S. 17)
15 a.a.O., S.25
16 Vgl. Ebd.
17 Vgl. a.a.o., S.26
18 Vgl. Ebd.
19 (Reppert 2017, S. 19)
20 (Braun 2019, S. 28)
21 Vgl. Abb. 1
22 (Braun 2019, S. 29)
23 Vgl. (Thielmann 2018, S. 40)
24 Vgl. Ebd.
25 Vgl. (Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik 2018)
26 Vgl. (Thielmann 2018, S. 41)
27 Vgl. Ebd.
28 Vgl. (Sebastian 2019)
29 Vgl. (Birke 2018, S. 126)
30 Vgl. A.a.O., S. 127
31 Vgl. (Thielmann 2018, S. 43)
32 Vgl. Ebd.
33 Vgl. (Hagedorn 2019, S. 138)
34 Vgl. Ebd
35 Vgl. A.a.o., S. 44
36 Vgl. Ebd.
37 Vgl. A.a.O., S. 44-45
38 Vgl. A.a.o., S. 45
39 Vgl. A.a.O., S. 46
40 Vgl. Ebd.
41 Vgl. (Thielmann 2018, S. 47)
42 Vgl. (Apenbrink 2012)
43 Vgl. (Thielmann 2018, S. 48)
44 Vgl. Ebd.
45 Vgl. Ebd.
46 Vgl. Ebd.
47 Vgl. (Birke 2018, S. 128)
48 Vgl. (Birke 2018, S. 127)
49 Vgl. Ebd.
50 Vgl. A.a.O., S. 51
51 Vgl. Ebd.
52 Vgl. Ebd.
53 Vgl. (Winter 2019, Zeit: 33:51 min)
54 Vgl. (Thielmann 2018, S. 52)
55 Vgl. Ebd.
56 Vgl. Ebd.
57 (Öko Institut e.V. 2019)
58 Vgl. (Thielmann 2018, S. 53)
59 Vgl. Ebd.
60 (Europa.eu 2019)
61 Vgl. (Emerson 2010, S. 60)
62 Vgl. (Thielmann 2018, S. 54)
63 Vgl. Ebd.
64 Vgl. Ebd.
65 Vgl. A.a.o., S. 55
66 Ebd.
67 Vgl. Ebd.
68 (Oltmer 2020)
69 Vgl. (Thielmann 2018, S. 56)
70 Vgl. Ebd.
71 Vgl. (Forschungszentrum Jülich n.d., S. 83)
72 Vgl. Ebd.
73 Vgl. (Reppert 2017, S. 17)
74 Vgl. Ebd.
75 Vgl. A.a.O., S. 18
76 Vgl. (Thielmann 2018, S. 57)
77 Vgl. Ebd.
78 Vgl. A.a.O., S. 58
79 Vgl. Ebd.
80 Vgl. (Daheim 2016, S. 12)
81 Vgl. Ebd.
82 Vgl. (Bundesministerium für Wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung 2019)
83 Vgl. (Thielmann 2018, S. 60)
84 Vgl. Ebd.
85 Vgl. Ebd.
86 Vgl. (European Commission 2020)
87 Vgl. (Thielmann 2018, S. 60)
88 Vgl. Ebd.
89 Vgl. (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit 2014)
90 Vgl. (Kords 2020)
91 Vgl. (Europäische Kommission 2009)
92 Vgl. Ebd.
93 Vgl. (BMU 2017)
94 Vgl. Ebd.
95 Vgl. (Thielmann 2018, S. 62)
96 Vgl. Ebd.
97 Vgl. (Volkswagen Aktiengesellschaft 2018)
98 Vgl. (Thielmann 2018)
99 Vgl. Ebd.
100 (Flughafen Berlin (BER) Kosten 2020)
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- Anonym (Author), 2020, Festkörper-Sekundärbatterien in Bezug auf technische und wirtschaftliche Entwicklung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1571277
